(57)【要約】【課題】  高周波増幅回路における増幅素子のしきい値電圧を検出し、バイアス電圧を最適に補正する。【解決手段】  バイアス補正回路３１ａ（，３１ｂ）において、しきい値電圧変動検出部３２が検出したトランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈ変動の電流変化を検出し、入力バイアス部３３が、しきい値電圧変動検出部３２が検出した電流変化から、しきい値電圧Ｖｔｈを補正する電圧を生成する。続いて、アンプ回路部３４が、入力バイアス部３３が生成した電圧を増幅して電圧調整を行い、出力バイアス部３５〜３７が、アンプ回路部３４が増幅した電圧からバイアス電圧を生成して増幅素子１１〜１３（，１４〜１５）にそれぞれ出力する。【選択図】  図３
2006352241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス電圧に基づいて高周波信号の電力増幅を行う１以上の電力増幅トランジスタからなる電力増幅部と、
しきい値電圧の変動を検出する検出用トランジスタのしきい値電圧変動を検出し、前記検出用トランジスタのしきい値電圧変動を補正するバイアス電圧を生成し、前記電力増幅トランジスタに出力するバイアス制御部とを備え、
前記検出用トランジスタは、
前記電力増幅トランジスタと同じ半導体チップに形成されていることを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項２】
請求項１記載の高周波増幅回路において、
前記バイアス制御部は、
しきい値電圧変動検出部を備え、
前記しきい値電圧変動検出部は、
前記検出用トランジスタに流れる電流をモニタすることにより、前記検出用トランジスタのしきい値電圧変動を検出することを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項３】
請求項１記載の高周波増幅回路において、
前記バイアス制御部は、
入力バイアス部を備え、
前記入力バイアス部は、
前記しきい値電圧変動検出部が検出した電流変化に基づいて、前記電力増幅トランジスタのバイアスを制御する制御電圧に対する補正を電流に変換して行うことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項４】
請求項１記載の高周波増幅回路において、
前記バイアス制御部は、
出力バイアス部を備え、
前記出力バイアス部は、
前記入力バイアス部が補正した電流を電圧に変換し、前記電力増幅トランジスタにバイアス電圧として供給することを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項５】
請求項１記載の高周波増幅回路において、
前記検出用トランジスタは、
前記電力増幅部が１の電力増幅トランジスタからなる場合には前記電力増幅トランジスタと同一形状よりなり、
前記電力増幅部が複数の電力増幅トランジスタからなる多段構成の場合には最も電力増幅の大きい電力増幅トランジスタと同一形状よりなることを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項６】
請求項１記載の高周波増幅回路において、
前記検出用トランジスタは、
前記電力増幅トランジスタとチャネル長が略等しいことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項７】
バイアス電圧に基づいて高周波信号の電力増幅を行う１以上の電力増幅トランジスタからなる電力増幅部と、
しきい値電圧の変動を検出する検出用トランジスタのしきい値電圧変動を検出し、前記検出用トランジスタのしきい値電圧変動を補正するバイアス電圧を生成し、前記電力増幅トランジスタに出力するバイアス制御部とを備え、
前記検出用トランジスタは、
前記電力増幅トランジスタと同じ半導体チップに形成されていることを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
【請求項８】
請求項７記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
前記バイアス制御部は、
しきい値電圧変動検出部を備え、
前記しきい値電圧変動検出部は、
前記検出用トランジスタのしきい値電圧変動を、前記検出用トランジスタに流れる電流をモニタすることを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
【請求項９】
請求項７記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
前記バイアス制御部は、
入力バイアス部を備え、
前記入力バイアス部は、
前記しきい値電圧変動検出部が検出した電流変化に基づいて、前記電力増幅トランジスタのバイアスを制御する制御電圧に対する補正を電流に変換して行うことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
【請求項１０】
請求項７記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
前記バイアス制御部は、
出力バイアス部を備え、
前記出力バイアス部は、
前記入力バイアス部が補正した電流を電圧に変換し、前記電力増幅トランジスタにバイアス電圧として供給することを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
【請求項１１】
請求項７記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
前記検出用トランジスタは、
前記電力増幅部が１の電力増幅トランジスタからなる場合には前記電力増幅トランジスタと同一形状よりなり、
前記電力増幅部が複数の電力増幅トランジスタからなる多段構成の場合には最も電力増幅の大きい電力増幅トランジスタと同一形状よりなることを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
【請求項１２】
請求項７記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
前記検出用トランジスタは、
前記電力増幅トランジスタとチャネル長が略等しいことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号の増幅技術に関し、特に、電力増幅トランジスタにおけるしきい値電圧変動に対するバイアス電圧の補正に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信の１つとして、携帯電話が広く普及しており、その機能に対しても多様性が求められている。たとえば、携帯電話に用いられる高周波電力増幅モジュールでは、小型化の要求が非常に強く、それを実現するために、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）／ＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）などの異なる周波数帯域の通信方式を１チップに有しているものが広く用いられている。
【０００３】
高周波電力増幅モジュールにおいては、温度やプロセス製造ばらつきなどなどによって生じる増幅素子のしきい値電圧変動を補正するバイアス調整回路を備えているものがある。
【０００４】
このバイアス調整回路は、増幅素子と同じ形状のトランジスタからなるしきい値電圧測定用素子のしきい値電圧変動を外部から測定し、該増幅素子のバイアス電流が一定となるようにバイアス電圧を調整する回路である。
【０００５】
バイアス調整回路は、分圧回路を構成する複数の抵抗に接続されたトランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御することによって分圧抵抗の抵抗値を任意に変化させることによって、バイアス電圧の補正を行っている。
【０００６】
また、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦ制御は、ボールボンディングパッドにボールボンディングをボンディングした際の情報に基づいて抵抗比制御ロジックがトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
【０００７】
なお、この種のバイアス調整回路について詳しく述べてある例としては、半導体基板に電力増幅回路とダミーＦＥＴと比較増幅回路とを設け、このダミーＦＥＴのドレイン電流と基準値との差分を比較増幅回路によって増幅した出力電圧を、ダミーＦＥＴのゲートに直流負帰還させて電力増幅回路のＦＥＴのゲートにバイアス電圧として与えるもの（たとえば、特許文献１参照）、高周波電力増幅を行うＦＥＴに対し、同一半導体チップ上に熱的な結合状態で形成され、チャネル長が等しく、かつチャネル幅の小さなダミーＦＥＴのドレイン電流と基準値の差分を増幅して電圧で出力する比較増幅回路の出力電圧をダミーＦＥＴのゲートに１００％直流負帰還させ、比較増幅回路の出力電圧を電力増幅ＦＥＴのゲートにバイアス電圧として与えるもの（たとえば、特許文献２）や、高周波電力増幅回路を形成するＦＥＴと同種のＦＥＴであり、チャネル長が等しく、かつチャネル幅が小さく形成されたダミーＦＥＴのドレイン電流が所定の設定値となるように正電源電圧から負電圧を発生して上記２つのＦＥＴの各ゲート・ソース間に負バイアス電圧を分配する可変電圧発生回路を制御する負帰還回路を設け、この負帰還回路の動作によって高周波電力増幅回路のバイアス設定を行わせるもの（たとえば、特許文献３）などがある。
【特許文献１】特開２０００−１６４６０４号公報
【特許文献２】特開平１０−６５４５６号公報
【特許文献３】特開平１０−２３３６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記のような増幅素子のバイアス調整技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００９】
すなわち、増幅素子のしきい値電圧は、製造ロット、あるいは製造プロセスなどによってばらついてしまうことになる。よって、バイアス調整をする際には、プローブ検査などにおいて、すべての高周波電力増幅モジュールにおける増幅素子のしきい値電圧を測定する必要があり、バイアス調整にかかる工数が大きくなるばかりではなく、該高周波電力増幅モジュールの生産効率が低下してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、高周波増幅回路における増幅素子のしきい値電圧を検出し、バイアス電圧を最適に補正する技術を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１３】
本発明による高周波増幅回路は、バイアス電圧に基づいて高周波信号の電力増幅を行う１以上の電力増幅トランジスタからなる電力増幅部と、しきい値電圧の変動を検出する検出用トランジスタのしきい値電圧変動を検出し、該検出用トランジスタのしきい値電圧変動を補正するバイアス電圧を生成し、該電力増幅トランジスタに出力するバイアス制御部とを備え、検出用トランジスタは、電力増幅トランジスタと同じ半導体チップに形成されているものである。
【００１４】
また、本発明による高周波増幅回路は、前記検出用トランジスタに流れる電流をモニタすることにより、前記検出用トランジスタのしきい値電圧変動を検出するしきい値電圧変動検出部を備えたものである。
【００１５】
さらに、本発明による高周波増幅回路は、しきい値電圧変動検出部が検出した電流変化に基づいて、電力増幅トランジスタのバイアスを制御する制御電圧に対する補正を電流に変換する入力バイアス部を備えたものである。
【００１６】
また、本発明による高周波増幅回路は、入力バイアス部が補正した電流を電圧に変換し、電力増幅トランジスタにバイアス電圧として供給する出力バイアス部を備えたものである。
【００１７】
さらに、本発明による高周波増幅回路は、前記検出用トランジスタが、電力増幅部が１の電力増幅トランジスタからなる場合には該電力増幅トランジスタと同一形状よりなり、該電力増幅部が複数の電力増幅トランジスタからなる多段構成の場合には最も電力増幅の大きい電力増幅トランジスタと同一形状よりなるものである。
【００１８】
また、本発明による高周波増幅回路は、前記検出用トランジスタが、電力増幅トランジスタとチャネル長が略等しいものである。
【００１９】
また、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。
【００２０】
本発明による高周波電力増幅モジュールは、バイアス電圧に基づいて高周波信号の電力増幅を行う１以上の電力増幅トランジスタからなる電力増幅部と、しきい値電圧の変動を検出する検出用トランジスタのしきい値電圧変動を検出し、該検出用トランジスタのしきい値電圧変動を補正するバイアス電圧を生成し、該電力増幅トランジスタに出力するバイアス制御部とを備え、該検出用トランジスタは、電力増幅トランジスタと同じ半導体チップに形成されている者である。
【００２１】
また、本発明による高周波電力増幅モジュールは、検出用トランジスタに流れる電流をモニタすることにより、検出用トランジスタのしきい値電圧変動を検出するしきい値電圧変動検出部を備えたものである。
【００２２】
さらに、本発明による高周波電力増幅モジュールは、しきい値電圧変動検出部が検出した電流変化に基づいて、電力増幅トランジスタのバイアスを制御する制御電圧に対する補正を電流に変換する入力バイアス部を備えたものである。
【００２３】
また、本発明による高周波電力増幅モジュールは、入力バイアス部が補正した電流を電圧に変換し、電力増幅トランジスタにバイアス電圧として供給する出力バイアス部を備えたものである。
【００２４】
さらに、本発明による高周波電力増幅モジュールは、前記検出用トランジスタが、電力増幅部が１の電力増幅トランジスタからなる場合には電力増幅トランジスタと同一形状よりなり、該電力増幅部が複数の電力増幅トランジスタからなる多段構成の場合には最も電力増幅の大きい電力増幅トランジスタと同一形状よりなるものである。
【００２５】
また、本発明による高周波電力増幅モジュールは、前記検出用トランジスタが、電力増幅トランジスタとチャネル長が略等しいものである。
【発明の効果】
【００２６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２７】
（１）電力増幅トランジスタのしきい値電圧変動を検出し、自動的にバイアス電圧を最適に補正することができる。
【００２８】
（２）上記（１）により、プローブ検査時などによるバイアス調整が不要となり、高周波増幅回路、およびそれを用いた高周波電力増幅モジュールにおける製造の工数、およびコストを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３０】
図１は、本発明の一実施の形態による移動体通信機器のブロック図、図２は、図１の移動体通信機器に設けられた電力増幅モジュールのブロック図、図３は、図２の電力増幅モジュールに設けられたバイアス制御部の構成を示すブロック図、図４は、図３のバイアス制御部に設けられたバイアス補正回路の一例を示す回路図、図４Ｂは、図４のバイアス補正回路に設けられた入力バイアス部における増幅器、およびその周辺回路の回路図、図５は、図２の電力増幅モジュールにおけるしきい値電圧が変動した際の電圧Ｖ１／電流Ｉ２特性を示した図、図６は、トランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈ／電流Ｉ２特性を示した説明図、図７は、制御電圧Ｖａｐｃに対するバイアス電流Ｉ５における電圧／電流特性の説明図、図８は、トランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈの変動に対する電流Ｉ３〜Ｉ５の変化の一例を示した説明図、図９は、しきい値電圧Ｖｔｈ変動に対する増幅器の出力電圧特性の変化を示した説明図、図１０は、しきい値電圧Ｖｔｈ変動に対する増幅素子の出力電流Ｉｏｕｔの変化を示した説明図、図１１は、制御電圧Ｖａｐｃに対する増幅素子の出力電流Ｉｏｕｔの変化を示した説明図、図１２は、図２の電力増幅モジュールにおけるチップレイアウトの一例を示す説明図、図１３は、図３のバイアス制御部の他の構成例を示すブロック図、図１４は、図１３のバイアス制御部の一例を示す回路図、図１５は、図１３のバイアス制御部におけるチップレイアウトの一例を示す説明図である。
【００３１】
本実施の形態において、携帯電話などの移動体通信機器１は、図１に示すように、アンテナ２、アンテナスイッチ３、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：弾性表面波）フィルタ４、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）処理部５、ベースバンド部６、スピーカ７、マイク８、ローパスフィルタ９、および電力増幅モジュール１０などから構成されている。
【００３２】
アンテナ２は、通信電波の送受信を行う。アンテナスイッチ３は、送受信した信号を切り替える。ＳＡＷフィルタ４は、受信信号から不要波を除去する。
【００３３】
ＲＦ処理部５は、受信信号を復調したり、送信信号を変調したりする。ベースバンド部６は、送信データをＩ信号、Ｑ信号に変換したりＲＦ処理部５を制御する。スピーカ７は音声などの出力を行い、マイク８は音声などを入力する。
【００３４】
ローパスフィルタ９は、高周波電力増幅モジュール１０から出力された送信信号における送信周波帯をそれぞれ通過させる。電力増幅モジュール１０は、送信信号を増幅する。
【００３５】
また、特に制限されるものでないが、ＲＦ処理部５は、たとえば、２つの通信方式（たとえば、ＤＣＳ帯／１．８ＧＨｚ（Ｈｉ−Ｂａｎｄ）、ＧＳＭ帯／９００ＭＨｚ（Ｌｏ−Ｂａｎｄ）による信号の変復調が可能に構成されている。
【００３６】
これに応じて、ＳＡＷフィルタ４は、それら２つの周波数帯の受信信号を通過させるものがそれぞれ設けられている。同様に、ローパスフィルタ９においても、２つの周波数帯における送信信号を通過させるものがそれぞれ設けられている。
【００３７】
図２は、電力増幅モジュール１０の構成例を示したブロック図である。
【００３８】
電力増幅モジュール１０は、図示するように、増幅素子（高周波増幅回路、電力増幅トランジスタ）１１〜１６、ディテクタ２７，２８、スイッチ２９、エラーアンプ３０、ならびにバイアス制御部３１を含む電力増幅チップ１０ａと整合回路１７〜２４、カプラ２５，２６から構成されている。
【００３９】
整合回路１７の入力部には、ＲＦ処理部５から出力されたＨｉ−Ｂａｎｄの高周波信号が入力されるように接続されている。整合回路１７の出力部には、増幅素子１１の入力部が接続されており、該増幅素子１１の出力部には、整合回路１８の入力部が接続されている。
【００４０】
整合回路１８の出力部には、増幅素子１２の入力部が接続されており、該増幅素子１２の出力部には、整合回路１９の入力部が接続されている。整合回路１９の出力部には、増幅素子１３の入力部が接続されており、該増幅素子１３の出力部には、整合回路２０の入力部、カプラ２５がそれぞれ接続されている。
【００４１】
そして、整合回路２０の出力部から、電力増幅されたＨｉ−Ｂａｎｄの高周波信号ＲＦｏｕｔが出力される。
【００４２】
また、整合回路２１の入力部には、ＲＦ処理部５から出力されたＬｏ−Ｂａｎｄの高周波信号が入力されるように接続されている。以降、整合回路２１〜２４、増幅素子１４〜１６は、前記した整合回路１７〜２０、および増幅素子１１〜１６と同様に交互に直列接続された構成となる。
【００４３】
増幅素子１６の出力部には、カプラ２６が接続されており、整合回路２４の出力部から、電力増幅されたＬｏ−Ｂａｎｄの高周波信号ＲＦｏｕｔが出力される。
【００４４】
ディテクタ２７，２８は、切り替えスイッチ２９を介してエラーアンプ３０の負（−）側入力端子に接続されている。エラーアンプ３０の正（＋）側入力端子には、ベースバンド部６から出力される出力レベル制御電圧Ｖｒａｍｐが入力されるように接続されている。この出力レベル制御電圧Ｖｒａｍｐは、電力増幅モジュール１０の出力レベルを制御する。エラーアンプ３０の出力部には、バイアス制御部３１が接続されている。
【００４５】
増幅素子１１〜１３は、Ｈｉ−Ｂａｎｄの高周波信号における電力増幅を行い、増幅素子１４〜１６は、Ｌｏ−Ｂａｎｄにおける高周波信号の電力増幅を行う。整合回路１７〜２０は、Ｈｉ−Ｂａｎｄの入力信号ＲＦｉｎ、および増幅素子１１〜１３が増幅した信号のインピーダンス整合を行う。整合回路２１〜２４は、Ｌｏ−Ｂａｎｄの入力信号ＲＦｉｎ、および増幅素子１４〜１６が増幅した信号のインピーダンス整合を行う。
【００４６】
カプラ２５は、最後段の増幅素子１３からの出力を検出し、カプラ２６は、最後段の増幅素子１６からの出力を検出する。
【００４７】
ディテクタ２７は、カプラ２５からの信号を受け取り、またディテクタ２８は、カプラ２６からの信号を受け取り、電力増幅モジュール１０から実際に出力される電力を示す検波信号を生成する。
【００４８】
スイッチ２９は、増幅素子１１〜１３の動作時にはディテクタ１５の検波信号がエラーアンプ３０の負（−）側入力端子に入力されるように切り替え、増幅素子１４〜１６が動作時にはディテクタ２８の検波信号が該負（−）側入力端子に入力されるように切り替える。
【００４９】
エラーアンプ３０は、ディテクタ２７，２８のいずれから出力される検波信号と出力レベル制御電圧Ｖｒａｍｐとを比較し、その比較結果を制御電圧Ｖａｐｃとしてバイアス制御部３１に出力する。
【００５０】
バイアス制御部３１は、エラーアンプ３０から出力される制御電圧Ｖａｐｃに基づいて、増幅素子１１〜１３、または増幅素子１４〜１６におけるバイアス電圧を自動補正して出力する。
【００５１】
図３は、バイアス制御部３１におけるバイアス補正回路３１ａ，３１ｂの構成を示すブロック図である。
【００５２】
バイアス補正回路３１ａは増幅素子１１〜１３のバイアス電圧を自動補正し、バイアス補正回路３１ｂは増幅素子１４〜１６におけるバイアス電圧を自動補正するものである。
前記３１ａ及び３１ｂの回路構成は同様である為、以下３１ａを例にとり詳細を説明する。
【００５３】
バイアス補正回路３１ａは、しきい値電圧変動検出部３２、入力バイアス部３３、アンプ回路部３４、および出力バイアス部３５〜３７から構成されている。同様に、バイアス補正回路３１ｂも、しきい値電圧変動検出部３２、入力バイアス部３３、アンプ回路部３４、および出力バイアス部３５〜３７から構成されている。
【００５４】
バイアス補正回路３１ａ（，３１ｂ）において、しきい値電圧変動検出部３２は、しきい値電圧の変動を検出する素子として用いられるトランジスタ（検出用トランジスタ）Ｍ１（図４）のしきい値電圧Ｖｔｈ変動に対しての電流変化を検出する。入力バイアス部３３は、しきい値電圧変動検出部３２が検出した電流変化から、しきい値電圧Ｖｔｈを補正する電圧を生成する。
【００５５】
アンプ回路部３４は、入力バイアス部３３が生成した電圧を増幅して電圧調整を行う。出力バイアス部３５〜３７は、アンプ回路部３４が増幅した電圧からバイアス電圧を生成し、該バイアス電圧を増幅素子１１〜１３（，１４〜１６）にそれぞれ出力する。
【００５６】
図４は、バイアス補正回路３１ａ（，３１ｂ）の一例を示す回路である。
【００５７】
しきい値電圧変動検出部３２は、抵抗Ｒ１、およびトランジスタＭ１〜Ｍ３から構成されている。入力バイアス部３３は、抵抗Ｒ２〜Ｒ５、増幅器ＡＭＰ１、およびトランジスタＭ４，Ｍ５から構成されている。アンプ回路部３４は、抵抗Ｒ６，Ｒ７、ならびに増幅器ＡＭＰ２から構成されている。
【００５８】
トランジスタＭ１は、ＮチャネルＭＯＳからなり、上記したようにしきい値電圧の変動を検出する素子として用いられる。このトランジスタＭ１は、出力の最も大きい増幅素子１３（，１６）と同一のトランジスタからなる。また、トランジスタＭ２〜Ｍ５は、ＰチャネルＭＯＳから構成されている。
【００５９】
出力バイアス部３５は、抵抗Ｒ８，Ｒ９から構成されており、出力バイアス部３６は、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１から構成されている。出力バイアス部３７は、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３から構成されている。
【００６０】
抵抗Ｒ１の一方の接続部、トランジスタＭ１のゲート、トランジスタＭ２，Ｍ３の一方の接続部には、電源電圧Ｖｄｄがそれぞれ供給されるように接続されている。抵抗Ｒ１の他方の接続部、およびトランジスタＭ１の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳがそれぞれ接続されている。
【００６１】
トランジスタＭ２，Ｍ３のゲート、およびトランジスタＭ２の他方の接続部には、トランジスタＭ１の一方の接続部がそれぞれ接続されている。トランジスタＭ３の他方の接続部には、抵抗Ｒ４の一方の接続部が接続されている。
【００６２】
抵抗Ｒ２の一方の接続部には、エラーアンプ３０から出力される制御電圧Ｖａｐｃが入力されるように接続されており、該抵抗Ｒ２の他方の接続部には、抵抗Ｒ３の一方の接続部、増幅器ＡＭＰ１の一方（＋）の入力端子がそれぞれ接続されている。抵抗Ｒ３の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されている。
【００６３】
トランジスタＭ４は、図４Ｂに示す差動増幅部（ＡＭＰ１）と出力段からなる差動ＡＭＰでいえば、出力段のトランジスタに相当する。
【００６４】
トランジスタＭ４，Ｍ５の一方の接続部には、電源電圧Ｖｄｄがそれぞれ供給されるように接続されている。トランジスタＭ４，Ｍ５のゲートには、増幅器ＡＭＰ１の差動増幅部（＋）入力端子側の出力に接続されている。
【００６５】
トランジスタＭ４の他方の接続部には、増幅器ＡＭＰ１の出力部、該増幅器ＡＭＰ１の他方（−）の入力端子、ならびに抵抗Ｒ４の一方の接続部がそれぞれ接続されている。抵抗Ｒ４の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されている。
【００６６】
トランジスタＭ５の他方の接続部には、抵抗Ｒ５の一方の接続部、および増幅器ＡＭＰ２の一方（＋）の入力端子がそれぞれ接続されている。抵抗Ｒ５の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されている。
【００６７】
増幅器ＡＭＰ２の他方（−）の入力端子には、抵抗Ｒ６，Ｒ７の一方の接続部がそれぞれ接続されている。抵抗Ｒ６の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されており、抵抗Ｒ７の他方の接続部には、増幅器ＡＭＰ２の出力部、および抵抗Ｒ８，Ｒ１０，Ｒ１２の一方の接続部がそれぞれ接続されている。抵抗Ｒ８の他方の接続部には、抵抗Ｒ９の一方の接続部、および増幅素子１１（，１４）を構成するトランジスタのゲートがそれぞれ接続されている。
【００６８】
同様に、抵抗Ｒ１０の他方の接続部には、抵抗Ｒ１１の一方の接続部、および増幅素子１２（，１５）を構成するトランジスタのゲートがそれぞれ接続されている。抵抗Ｒ１２の他方の接続部には、抵抗Ｒ１３の一方の接続部、および増幅素子１３（，１６）を構成するトランジスタのゲートがそれぞれ接続されている。抵抗Ｒ９，Ｒ１１，Ｒ１３の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳがそれぞれ接続されている。
【００６９】
次に、本実施の形態におけるバイアス補正回路３１ａ（，３１ｂ）の動作について説明する。
【００７０】
まず、しきい値電圧変動検出部３２において、抵抗Ｒ１に定電流である電流Ｉ１を流すことによって固定電圧Ｖ１を決定する。しきい値電圧の変動は、しきい値電圧変動検出素子であるトランジスタＭ１のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ＝Ｖ１（Ｖ１＝電流Ｉ１×抵抗Ｒ１の抵抗値）に固定した際のトランジスタＭ２のドレイン電流Ｉ２の変動で検出する。
【００７１】
検出した電流Ｉ３は、カレントミラー回路を構成するトランジスタＭ２，Ｍ３のゲート幅Ｗｇ比によって決定される電流Ｉ３に転写される（電流Ｉ３＝トランジスタＭ３のゲート幅Ｗｇ／トランジスタＭ２のゲート幅Ｗｇ×電流Ｉ２）。
【００７２】
ここで、図５にしきい値電圧が変動した際のトランジスタＭ１における電圧Ｖ１／電流Ｉ２特性を示す。
【００７３】
図５において、縦軸は電流値Ｉ２、横軸は電圧Ｖ１をそれぞれ示しており、実線はトランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈが０．７Ｖ、点線は、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈが０．８Ｖ、一点鎖線は、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈが０．９の場合をそれぞれ示している。
【００７４】
また、図６に、電圧Ｖ１＝１．５Ｖ（図５）時におけるトランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈ／電流Ｉ２特性を示したものである。図６において、縦軸は電流値Ｉ２を示しており、横軸はしきい値電圧Ｖｔｈを示している。
【００７５】
図６に示すように、図５に示す電圧Ｖ１＝１．５Ｖの際には、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈが小さくなるほど電流Ｉ２の電流値が増加していることになる。
【００７６】
続いて、入力バイアス部３３において、増幅器ＡＭＰ１の一方の入力端子（＋）に入力される入力電圧である電圧Ｖ２は、エラーアンプ３０から出力される制御電圧Ｖａｐｃと抵抗Ｒ２，Ｒ３の分圧（電圧Ｖ２＝抵抗Ｒ２の抵抗値／（抵抗Ｒ２の抵抗値＋抵抗Ｒ３の抵抗値）×制御電圧Ｖａｐｃ）から決定される。
【００７７】
増幅器ＡＭＰ１は、バッファとして動作するので、増幅器ＡＭＰ１の出力電圧である電圧Ｖ３は、電圧Ｖ２とほぼ同じ電圧値となる。よって、バイアス電流Ｉ５は、抵抗Ｒ５の抵抗値によって決定（バイアス電流Ｉ５＝電圧Ｖ３／抵抗Ｒ５の抵抗値）されることになる。
【００７８】
しきい値電圧変動検出部３２によって検出されたしきい値電圧Ｖｔｈ変動によって変化する電流Ｉ３を入力バイアス部３３の抵抗Ｒ４に加えることによって、しきい値電圧Ｖｔｈ変動を補正する電流Ｉ４を生成する。また、しきい値電圧Ｖｔｈ変動を補正する電圧Ｖ４は、トランジスタＭ５を介して流れる電流Ｉ６と抵抗Ｒ５によって決定（電圧Ｖ４＝電流Ｉ６の電流値×抵抗Ｒ５の抵抗値）する。
【００７９】
電流Ｉ６は、カレントミラー回路を構成するトランジスタＭ４，Ｍ５のゲート幅Ｗｇ比（電流Ｉ３＝トランジスタＭ５のゲート幅Ｗｇ／トランジスタＭ４のゲート幅Ｗｇ×電流Ｉ４）によって決定される。
【００８０】
図７は、制御電圧Ｖａｐｃに対するバイアス電流Ｉ５における電圧／電流特性の一例を示す説明図である。図７において、縦軸は電流値を示しており、横軸は、増幅器ＡＭＰ１の一方の入力端子に入力される電圧Ｖ２の電圧値を示している。
【００８１】
図示するように、バイアス電流Ｉ５は、電圧Ｖ２が大きくなるほど、電流値が大きくなっている。
【００８２】
図８は、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈの変動に対する電流Ｉ３〜Ｉ５の変化の一例を示した説明図である。図８において、縦軸は、電流値を示しており、横軸は、しきい値電圧Ｖｔｈを示している。
【００８３】
図示するように、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈが小さくなると電流Ｉ３の電流値が大きく、電流Ｉ４の電流値が小さくなっている。逆に、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈが大きくなる電流Ｉ３の電流値が小さく、電流Ｉ４の電流値が大きくなっている。電流Ｉ５は、電流Ｉ３，Ｉ４の総和であるので一定となる。
【００８４】
また、アンプ回路部３４において、増幅器ＡＭＰ２は、しきい値電圧Ｖｔｈを補正するバイアス補正電圧である電圧Ｖ５を調整するアンプである。
【００８５】
そして、アンプ回路部３４によって生成された電圧Ｖ５は、出力バイアス部３５（〜３７）において、抵抗Ｒ８，Ｒ９の分圧によって増幅素子１１のバイアス電圧が決定されることになる。
【００８６】
図９は、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈ変動に対する増幅器ＡＭＰ２の出力電圧である電圧Ｖ５の電圧特性の変化を示したものである。図１０は、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈ変動に対する増幅素子１１の出力電流Ｉｏｕｔの変化を示したものであり、図１１は、制御電圧Ｖａｐｃに対する増幅素子１１の出力電流Ｉｏｕｔの変化を示したものである。
【００８７】
また、図１１において、実線はトランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈが０．７Ｖ、点線は、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈが０．８Ｖ、一点鎖線は、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈが０．９の場合をそれぞれ示している。
【００８８】
図９において、縦軸は、電圧Ｖ５の電圧値を示しており、横軸は、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈを示している。図１０において、縦軸は、増幅素子１１の出力電流Ｉｏｕｔの電流値を示しており、横軸は、トランジスタＭ１のしきい値電圧Ｖｔｈを示している。図１１において、縦軸は、増幅素子１１の出力電流Ｉｏｕｔの電流値を示しており、横軸は、制御電圧Ｖａｐｃの電圧値を示している。
【００８９】
図９に示すように、入力バイアス部３３、ならびにアンプ回路部３４は、増幅素子１１のしきい値電圧Ｖｔｈ変動をしきい値電圧変動検出部３２によって検出し、該しきい値電圧Ｖｔｈ変動によるバイアス補正電圧Ｖ５を生成する。
【００９０】
よって、増幅素子１１の出力電流Ｉｏｕｔの電流値は、図１０に示すように、しきい値電圧Ｖｔｈが変動してもほぼ一定にすることができる。また、図１１に示すように、制御電圧Ｖａｐｃが変動しても、しきい値電圧Ｖｔｈが変動しても増幅素子１１の出力電流Ｉｏｕｔの電流値はほぼ同じとすることができる。
【００９１】
図１２は、電力増幅チップ１０ａのチップレイアウトの一例を示す説明図である。
【００９２】
図示するように、電力増幅チップ１０ａの左上方に増幅素子１１が位置しており、該増幅素子１１の右側に増幅素子１２がレイアウトされている。増幅素子１２の右側に増幅素子１３がレイアウトされている。そして、増幅素子１２と増幅素子１３との間で、かつ該増幅素子１３の近傍にしきい値電圧変動検出素子であるトランジスタＭ１が設けられている。
【００９３】
このように、最も出力の大きい増幅素子１３にトランジスタＭ１を近づけてレイアウトすることによって、増幅素子１３の温度特性にトランジスタＭ１を近づけることができ、バイアス補正制御を高精度に行うことが可能となる。
【００９４】
また、同一の電力増幅チップ１０ａ上にトランジスタＭ１と増幅素子１３とを形成するので温度特性だけでなく、プロセス製造ばらつきなども同じようにすることができる。
【００９５】
さらに、増幅素子１１〜１３、トランジスタＭ１の下方には、電力増幅チップ１０ａの中央部に位置するように、バイアス制御部３１、ならびにその他の回路（ディテクタ２７，２８、スイッチ２９、およびエラーアンプ３０など）がレイアウトされている。
【００９６】
さらに、バイアス制御部３１、ならびにその他の回路の下方に位置するように、電力増幅チップ１０ａの左下方から右側にかけて、増幅素子１４〜１６がそれぞれレイアウトされている。
【００９７】
そして、増幅素子１５と増幅素子１６との間で、かつ該増幅素子１６の近傍にしきい値電圧変動検出素子であるトランジスタＭ１が設けられている。この場合も、最も出力の大きい増幅素子１６にトランジスタＭ１を近づけてレイアウトすることによって、増幅素子１６の温度特性にトランジスタＭ１を近づけることができる。
【００９８】
また、バイアス制御部３１において、図１３に示すように、しきい値電圧変動検出部３２、ならびに入力バイアス部３３を共通に設けるようにしてもよい。
【００９９】
この場合、バイアス制御部３１は、図示するように、共通に設けられたしきい値電圧変動検出部３２、および入力バイアス部３３と、２つのアンプ回路３４、２つの出力バイアス部３５〜３７とから構成される。そして、共通に設けられたしきい値電圧変動検出部３２におけるトランジスタＭ１は、たとえば、増幅素子１３と同一のトランジスタからなる。
【０１００】
この場合、制御バイアス部３１は、図１４に示すように、入力バイアス部３３の出力である電圧Ｖ４が、２つのアンプ回路３４の増幅器ＡＭＰ２の一方（＋）の入力端子にそれぞれ供給されるように接続されている。
【０１０１】
また、一方のアンプ回路３４における増幅器ＡＭＰ２の出力部には、一方の出力バイアス部３５〜３７がそれぞれ接続され、該増幅器ＡＭＰ２から出力された電圧Ｖ５が入力される。他方のアンプ回路３４における増幅器ＡＭＰ２の出力部には、他方の出力バイアス部３５〜３７がそれぞれ接続されており、該増幅器ＡＭＰ２から出力された電圧Ｖ９が入力される。
【０１０２】
その他、しきい値電圧変動検出部３２、入力バイアス部３３、アンプ回路３４、および出力バイアス部３５〜３７における回路接続は図４と同様である。
【０１０３】
図１５は、図１３のバイアス制御部３１におけるチップレイアウトの一例を示す説明図である。
【０１０４】
図示するように、電力増幅チップ１０ａの左上方に増幅素子１３が位置しており、該電力増幅チップ１０ａの右上方に増幅素子１６が位置している。そして、これら増幅素子１３，１６に挟まれるように、トランジスタＭ１がレイアウトされている。
【０１０５】
また、増幅素子１３の下方には、増幅素子１２が設けられており、該増幅素子１２の下方には、増幅素子１１が設けられている。増幅素子１６の下方には、増幅素子１５が設けられており、該増幅素子１５の下方には、増幅素子１４が設けられている。
【０１０６】
そして、増幅素子１２，１１と増幅素子１５，１４とに挟まれるように、バイアス制御部３１、ならびにその他の回路（ディテクタ２７，２８、スイッチ２９、およびエラーアンプ３０など）がレイアウトされている。
【０１０７】
この場合も、最も出力の大きい増幅素子１３、１６にトランジスタＭ１を近づけてレイアウトすることによって、増幅素子１３の温度特性にトランジスタＭ１を近づけることができる。
【０１０８】
それにより、本実施の形態によれば、増幅素子１３，１６のしきい値電圧Ｖｔｈ変動を検出し、自動的にバイアス電圧を補正することができるので、プローブ検査時などによるバイアス調整が不要となり、電力増幅チップ１０ａにおける製造の工数、およびコストを小さくすることができる。
【０１０９】
また、本実施の形態では、しきい値電圧変動検出素子であるトランジスタＭ１を、増幅素子１３，１６の近傍にレイアウト（図１２）する場合について記載したが、たとえば、図１６に示すように、トランジスタＭ１を増幅素子１３，１６内にそれぞれ形成するようにしてレイアウトしてもよい。
【０１１０】
さらに、本実施の形態においては、電力増幅チップ１０ａが多段アンプ（図３、増幅素子１１〜１３，１４〜１６）から構成された場合について記載したが、電力増幅チップ１０ａは、１段アンプで構成されていてもよい。
【０１１１】
この場合、バイアス制御部３１は、図１７に示すように、しきい値電圧変動検出部３２、入力バイアス部３３、アンプ回路部３４、および出力バイアス部３５から構成されている。
【０１１２】
また、しきい値電圧変動検出部３２におけるトランジスタＭ１は、増幅素子１１と同一のトランジスタからなる。また、その他の構成については、図４と同様であるので説明は省略する。
【０１１３】
さらに、図１７では、しきい値電圧変動検出部３２において、電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１に定電流である電流Ｉ１を流すことによって生成したが、図１８に示すように、ベースバンド部６に設けられたレギュレータが生成した電圧Ｖｒｅｇと基準電位ＶＳＳとの間に抵抗Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂを直列接続し、その分圧によって発生した電圧をトランジスタＭ１のゲートに供給する構成としてもよい。
【０１１４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１１５】
たとえば、前記実施の形態においては、移動体通信機器１が２つの通信方式（たとえば、ＤＣＳ帯／ＧＳＭ）が通信可能な、いわゆるデュアルバンド移動体通信機器として記載したが、本発明は、デュアルバンド以外の移動体通信機器にも適応可能である。
【０１１６】
その場合、１つの通信方式のみで通信可能な移動体通信機器におけるバイアス制御部３１は、図４におけるバイアス補正回路３１ａのみから構成されることになる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、高周波増幅回路、および高周波電力増幅モジュールなどに設けられた増幅素子におけるバイス電圧の自動調整技術に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の一実施の形態による移動体通信機器のブロック図である。
【図２】図１の移動体通信機器に設けられた電力増幅モジュールのブロック図である。
【図３】図２の電力増幅モジュールに設けられたバイアス制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】図３のバイアス制御部に設けられたバイアス補正回路の一例を示す回路図である。
【図４Ｂ】図４のバイアス補正回路に設けられた入力バイアス部における増幅器、およびその周辺回路の回路図である。
【図５】図２の電力増幅モジュールにおけるしきい値電圧が変動した際の電圧／電流特性を示した図である。
【図６】トランジスタのしきい値電圧／電流特性を示した説明図である。
【図７】制御電圧に対するバイアス電流における電圧／電流特性の説明図である。
【図８】トランジスタのしきい値電圧の変動に対する電流の変化の一例を示した説明図である。
【図９】トランジスタのしきい値電圧変動に対する増幅器の出力電圧特性の変化を示した説明図である。
【図１０】トランジスタのしきい値電圧変動に対する増幅素子の出力電流の変化を示した説明図である。
【図１１】制御電圧に対する増幅素子の出力電流の変化を示した説明図である。
【図１２】図２の電力増幅モジュールにおけるチップレイアウトの一例を示す説明図である。
【図１３】図３のバイアス制御部の他の構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１３のバイアス制御部の一例を示す回路図である。
【図１５】図１３のバイアス制御部におけるチップレイアウトの一例を示す説明図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態による電力増幅モジュールにおけるチップレイアウトの一例を示す説明図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態による電力増幅モジュールに設けられたバイアス制御部の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の他の実施の形態による電力増幅モジュールに設けられたバイアス制御部の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１  移動体通信機器
２  アンテナ
３  アンテナスイッチ
４  ＳＡＷフィルタ
５  ＲＦ処理部
６  ベースバンド部
７  スピーカ
８  マイク
９  ローパスフィルタ
１０  電力増幅モジュール（高周波電力増幅モジュール）
１０ａ  電力増幅チップ
１１〜１６  増幅素子（高周波増幅回路、電力増幅トランジスタ）
１７〜２４  整合回路
２５，２６  カプラ
２７，２８  ディテクタ
２９  スイッチ
３０  エラーアンプ
３１  バイアス制御部（高周波増幅回路）
３１ａ，３１ｂ  バイアス補正回路
３２  しきい値電圧変動検出部
３３  入力バイアス部
３４  アンプ回路部
３５〜３７  出力バイアス部
Ｒ１〜Ｒ１３  抵抗
Ｍ１  トランジスタ（検出用トランジスタ）
Ｍ２〜Ｍ５  トランジスタ
ＡＭＰ１，ＡＭＰ２  増幅器
Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂ  抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2006352241.tif 000015
【図１３】
2006352241.tif 000016
【図１４】
2006352241.tif 000017
【図１５】
2006352241.tif 000018
【図１６】
2006352241.tif 000019
【図１７】
2006352241.tif 000020
【図１８】
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